Palatul a fost construit până în
1702 de către Constantin Brancoveanu în stil arhitectural românesc
renascentist sau stil brâncovenesc, o combinație de elemente venețiene cu
elemente otomane, stil utilizat anterior și la un alt palat al domnitorului,
construit de acesta la Potlogi. Lucrarea a fost terminată în ziua de 20
septembrie 1702, conform pisaniei de pe latura de răsărit a palatului. Data
începerii construcției nu este cunoscută, dar se știe că Brâncoveanu a început
să cumpere pământ în zonă din 1681.
După 1714, când Constantin Brâncoveanu a fost executat la Constantinopol
împreună cu întreaga sa familie, toată averea familiei a fost confiscată de
otomani iar palatul a fost transformat în han. Răscumpărat de domnitorul Stefan
Cantacuzino, el a revenit apoi marelui ban Constantin Brâncoveanu, nepotul
domnitorului, și a rămas în posesia familiei până la începutul secolului al
XIX-lea.
Palatul a fost devastat de otomani în timpul razboiului rudo-turc din 1768-1774,
deoarece marele ban Nicolae Brâncoveanu ținuse partea rușilor în conflict. O
nouă distrugere a palatului a avut loc cu ocazia revolutiei din 1821 când
ultimul urmaș al Brâncovenilor, Grigore Brâncoveanu, a fugit la Brasov și
clădirea a fost ocupată de panduri. După moartea lui Grigore în 1832, palatul a
rămas moștenire fiicei sale adoptive, Zoe Mavrocordat și, prin căsătoria
acesteia cu domnitorul Gheorghe Bibescu, a trecut în familia acestuia și a fost
renovat între 1860–1880 de Nicolae Bibescu, care a construit și cavoul familiei
în parcul palatului, și vila Elchingen din apropiere. Palatul a fost
administrat în continuare de familia Bibescu care, însă, s-a mutat în vila cea
nouă iar clădirea veche a rămas nelocuită. Aceasta până în 1911, când
Maria-Nicole Darvari a vândut palatul vărului ei George-Valentin Bibescu, care
l-a oferit drept cadou de nuntă soției acestuia, Martha.
Martha Bibescu s-a ocupat cu renovarea palatului începând cu anul 1912. În
timpul Primul Razboi Mondial, lucrările de renovare au fost frânate de alte
distrugeri suferite în urma bombardamentelor germane. În perioada ocupației
germane a Bucurestiului și a sudului României, prințesa Martha Bibescu a
rămas în capitală, ocupându-se de spitalul reginei Maria și locuind o
vreme chiar în palat.
Revenită în țară după ce plecase la Londra, acuzată fiind de colaborarea cu
trupele germane, Martha Bibescu a reluat lucrările de renovare după 1920,
cheltuind mare parte din averea adunată din cărțile pe care le-a scris. Palatul
a fost reinaugurat, astfel, în 1927, unele lucrări interioare continuând, însă,
până în 1935.
În timpul celui de Al Doilea Razboi Mondial, palatul a fost loc de întâlnire al
diplomaților aliati fiind, pentru câteva luni, închiriat legației elvețiene din
România. După 6 martie 1945, moșia a fost naționalizată forțat de comunisti,
Martha Bibescu obținând de la autorități declararea ca monument istoric a
palatului, pe care încă îl mai deținea.
Prințesa a plecat însă definitiv din țară în septembrie 1945, lăsând palatul
fiicei sale Valentina și soțului ei, Dimitrie Ghika-Comănești.
În 1949, palatul a fost și el naționalizat, Valentina și Dimitrie
Ghika-Comănești fiind arestați. Până în 1957, clădirea a fost devastată și
devalizată, colecțiile de artă fiind furate și dezmembrate. Abia în 1957
palatul a devenit sediul secției feudale a Muzeului Național de Artă, fiind
restaurat începând cu 1977.
În prezent, Palatul Mogoșoaia adăpostește Muzeul de Artă Brâncovenească și este
un important punct de atracție turistică.
A fost renovat recent cu o investitie de aprox. 5 milioane de euro.